Стр.202-301 (1152180), страница 22
Текст из файла (страница 22)
7.24 Наиболее распространенщихся для этого резонансных си- ные тины иагнетроиных резонаторов стем. При выборе количества резонаторов Ф необходимо учитывать следующее. Прежде всего, число )У должно быть четным, чтобы обеспечить существование и-вида колебаний. Увеличение числа резонаторов приводит к ухудшению разделения видов колебаний, но одновременно способствует снижению анодного напряжения прн заданной индукции В н при неизменном диаметре анода. В этом нетрудно М убедиться из уравнения (7.39), подставив п = —, соответствукнцее и-виду колебаний. Более высокое число л( позволяет также компенсировать увеличение отношения г„)в, необходимое при повышении выходной мощности и укорочении рабочей длины волны. Обычные магнетроны 1О-см диапазона имеют 8 — 12 резонаторов; в 3-сн диапазоне применяются от 12 до 18 резонаторов. При переходе к миллиметровому диапазону число )х' доходит до 24 — 38 и более.
Несколько особняком стоят коаксиальные магнетроны (см. далее), допускающие использование значительно большего числа резонаторов. На волнах длиннее 3 см основное применение находят резонаторы типа щель — отверстие и лопаточные (секторные) резонаторы, показанные на рис. 7.24, а, б. В миллиметровом диапазоне волн часто при. меняются щелевые резонаторы (рис. 7.24, в). В случае разнорезонаторной системы возможно сочетание резонаторов разных типов (см. рис. 7.11, б).
Опыт показывает, что при использовании связок максимальные значения диаметра анодного отверстия 8а и рабочей длины анода 1, связаны с длиной волны ориентировочными соотношениями ф <о,з; ф<о,з. В случае разнорезонаторной системы максимальные величины да !а — и — ' могут быть заметно повышены: Л Л вЂ” '(0,6 —: 1,0; — '(0,6 —: 0,8. В миллиметровом диапазоне волн и при Л 1 мм идут на увеличение «(,!Л до 1,5 и даже до 2,0. Чтобы избежать при этом резкого увеличения числа резонаторов или повышения анодного напряжения и магнитной индукции, целесообразно использовать работу магнетрона на виде колебаний, отличном от и, при синхронизме с пространственной гармоникой р = + ! или р = — 1 (см.
Э 7.3, в и 7.4, б). Равнорезонаторные блоки с «многоэтажными» связками, расположенными через равные интервалы по длине анода, могут иметь очень большую длину (до 2Ц, что позволяет значительно увеличить длину катода н резко повысить генерируемую мощность. Механическая перестройка (настройка) частоты основывается на изменении резонансной частоты и-вида колебаний анодного блока. Существование нескольких близко расположенных по частоте видов колебаний осложняет механическую настройку магнетронов.
Важными условиями при любом способе перестройки являются сохранение достаточного разделения видов и приблизительное постоянство собственной и нагруженной добротностей анодного блока в пределах рабочего диапазона частот. Всякие паразитные резонансы, кроме основного резонанса п-вида, являются недопустимыми. Наиболее распространен вариант симметричной механической перестройки.
Одновременное воздействие на резонаторы производится индуктивным нли емкостным способом с помощью металлических колец, стержней и коронок, перемещаккцихся внутри резонаторов или в торцевых пространствах магнетрона. Несколько систем, обеспе. чивающнх диапазон перестройки до ~(З вЂ”:6)% от средней частоты, показаны схематически на рис. 7.25. При настройке индуктивным кольцом (рис. 7.25, а) основное воздействие производится на высокочастотное магнитное поле, проходящее через торцевое пространство. С приближением металлического кольца к торцу анодного блока уменьшается эквивалентная индуктивность всех резонаторов н, как следствие, повышается резонансная частота каждого резонатора и всего анодного блока в целом.
Воздействие на высокочастотное магнитное поле в самих резонаторах производится с помощью индуктивной коронки, имеющей металлические стержни, как показано на рис. 7,25, б. Похожим образом производится емкостная настройка магнетрона, при которой металлическое кольцо или коронка (см. рис. 7.25, в, г) перемещается в торцевом пространстве вблизи той части сегментов, где имеется наиболее сильное электрическое поле, или около связок. Для рас. зчв ширения диапазона иногда используют комбинацию емкостной и индуктивной перестроек. Интересна разновидность магнетронных систем, использующая коаксиальный резонатор, который охватывает многорезонаторный анодный блок.
Внутренним проводником этого резонатора является цилиндрическая поверхность собственно вводного блока. В этой поверхности прорезаны продольные щели, связывающие коаксиальный резонатор с магнетронными резонаторами через один, как показано на рис. 7.2б. Коаксиальный резонатор возбуждается на виде колебаний Назз, ! отличающемся тем, что электрическое поле и токи в стенках имеют вид замкнутых окружностей*. Подобной структуре поля и 5 токов отвечает возбужде- а) 5! ние анодного блока магнетрона на н-виде, так как в резонаторах, расположенных через один и имеющих щелевую связь, колебания оказываются синфаз- 5 ными (сдвинутыми между 6) г) собой по фазе на 2п).
Рис. 7.25 Симметричная механическая наст- Видам колебаний анод- ройка магиетроиа индуктивным кольцом и ной системы, отличным индуктивной коронкой (а, б) и емкостиыми от п-вида, соответствуют кольцом и коронкой (и, г): виды колебаний в коакси з — анодина алак; т — металлическое кольцо; з— металлический стержень; 4 — отверстие резонатора; альном резонаторе, отлич- а †ще резонатора; б — саязкн ные от Н„,. Эти колебания могут быть в свою очередь сильно подавлены, например с помощью поглощающих вставок и кольцевых щелей, нарушающих высокочастотные токи всех видов колебаний, кроме вида Н„,.
Благодаря этому диаметр анода и число резонаторов в магнетроне с описанным коаксиальным резонатором («коаксиальном магнетроне») могут быть значительно увеличены в сравнении с обычными магнетронами без ухудшения разделения основных видов колебаний. Увеличение диаметра анода позволяет значительно повысить генерируемую мощность магнетрона. Коаксиальные магнетроны имеют и другие существенные преимущества. Накопление значительной энергии в коаксиальном высоко- добротном резонаторе повышает собственную добротность (~о всей системы и стабильность частоты генерируемых колебаний. Степень затягивания частоты Р, может быть при этом значительно снижена * Вид колебаний Нзм в коаксиальиом резонаторе соответствует полуволновому резонансу волны типа Нм в коаксиальиой линии. По этому вопросу см.
(! 1, $10. б, в. за счет уменьшения связи с нагрузкой и повышения внешней до от ности (',/,„при одновременном улучшении к. п. д. резонаторно системы. Далее, благодаря улучшению разделения видов колебаний возможна работа при меньшей амплитуде высокочастотного напряжения в пространстве взаимодействия, что приводит к повьппению электронного к. п.
д. Существуют и другие достоинства магнетоонов и коаксиального типа, что позволяет отнести их к числу перспективных направлений развития магнетрон* й ных генераторов. На рис. 7.27 схемати° 1 ство другой интересной ° / разновидности коаксиальг / / 'ных магнетронов — ОбраЩЕННОЮ КоаиаиаЛеиага ййаглетрана. Катод в этом приборе находится не внутри, а снаружи многорезонаторного анодного блока. Х 4 Е Стабилизирующий полый цилиндрический резонатор, расположенный в н у т р и ~а //га анодного блока, связан ще- Г нями с магнетронными резонаторами через один подобно коаксиальному реЕй У у зонатору в рассмотренном необращенном коаксиальРис. 7.26 Схема устройства коаксиального ном магнетроне.
лгагнетрона: Во внутреннем цилин. / — мвгнетроннме резонвторм, 2 †ще севан, 3 — не ружнвн стенке ковкснельного резонеторе; е — пор. дрическом резонатОре воз. шень меквннееской настРойки; а — вмвоа внергнн СоРн. буждаютея КОЛЕбання На моугольнмй волновоа) виде Н„„не имеющем азимутальных вариаций поля. Благодаря этому снова обеспечивается селекция видов колебаний, позволяющая довести число резонаторов У до 100 — 120. Вывод энергии производится непосредственно'на круглый волновод, возбуждаемый на волне типа Нем или на стандартный прямоугольный волновод, возбуждаемый на волне типа Ннр Перестройка частоты обращенных коаксиальных магнетронов, как и необращенного магнетрона, изображенного на рис.
7.26, производится перемещением настроечного поршня в стабилизирующем резонаторе. Обращенные коаксиальные магнетроны широко применяются в коротковолновой части сантиметрового диапазона и в миллиметровом диапазоне волн при большой генерируемой мощности (см. табл. 7.2). Наряду с отмечавшимися преимуществами коаксиальных н обращенных коаксиальных магнетронов следует отметить усложнение их кон- струхции в сравнении с «классическими» маг- нетроцами.
Разработка таких приборов свя- зана, в(частности, с решением задачи подавле- ния ряда паразитных видов колебаний. 6. Выз~д зиергии. Прочие узлы магметроиог Рис. 7.27. Схема устройства обращенного коакснального магнетрона. Слева в увеличенном масштабе изображен участок пространства взаимодействия: ( †кат; у — магкетроииые резонаторы, г †ще связи; г — стабилизирующий Киликдрический резонатор (показана структура СВЧ полян б-иастроечкый поршеиаи б — вывод ввергая (круглый волиовод с волной типа Нао; 7 — диайь рагма связи у г у г 7 и! Ц Рис. 7.28. Коаксиальные выводы энергии магнетронов малой и среднеи мощности 10-см диапазона: 1 — петля, '., г — наружный м внутренний проводники коаксиальиой ливии; г †стек; б †ме; б †ков ЗО( Вывод энергии магнетрона должен обеспечивать требукицуюся трансформацию нагрузки во всем рабочем диапазоне частот с учетом компромисса между величиной выходной мощности и степенью затягивания частоты.
Зто означает, что вывод энергии должен обладать достаточной широкополосностью. Если магнетрон является перестранваемым, то только прн этом условии может быть обеспечено приблизительное постоянство выходной мощности и затягивания частоты в пределах всего рабочего диапазона. Широкополосность вывода энергии желательна даже у 7 при разработке магнетрона с фиксированной настройкой. Если ширина полосы вывода энергии достаточно велика, то колебательная система магнетрона оказывается сильно связанной с нагрузкой не только при и-виде колебаний, но и при других (нежелательных) видах колебаний.
Благодаря этому облегчается устранение паразитных видов в процессе установления колебаний. Устройство типичных коаксиальных и волноводных выводов энергии показано на рис. 7.28 и 7.29. Петля вводится обычно в один из резонаторов в области максимума СВЧ магнитного поля. Основная трансформация сопротивления, определяющая величину Я,„, осуществляется в зависимости от размеров петли.
Коаксиально-волноводные выводы энергии, жестко скрепляемые с магнетронами, применяются при умеренной мощности в коротко- .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
